计算机是怎么RUN起来的

1.实际上计算机只会实现输入、运算、输出

这三大模块缺一不可，缺少输入意味着没有用户能使用，缺少运算相当于一条电线毫无意义，缺少输出相当于一直堆积信息的垃圾箱

因此计算机的硬件是由大量的IC(Integrated Circuit 集成电路)组成，每块IC上都带有很多引脚，相当于电线，这些引脚都是服务于输入输出，运算可能有点难理解，但简单来时在IC里面实际上变化的是电流变化（具体的变化慢慢了解），人类的对电流的定义，就是数字，而且只有两个数字0和1，这样看来计算机其实有点笨，但是怎么能变化出万种功能呢？

2.程序是指令和数据的集合,无论哪个程序，内容都是数值的罗列，每个数值要么是指令要么是数据。

一组指令操作一段数据，形成最基本的程序

这一组指令统一推荐描述的文字是“函数”

一段数据我们可以分为两类，一类是输入的数据，一类是输出的数据

在编程的时候数据可以赋予名字为“变量”

y=f(x)

3.计算机的处理方式有时候与人类的思维习惯不同

当人描述颜色的时候会形成画面红色蓝色绿色

当计算机描述颜色的时候会形成颜色的数字信息例如“255,0,0”表示红色

4.计算机在一直进化

计算机的思维方式一直在改变且趋向于人类的思考方式，大家应该由衷地欢迎技术的进化，没有人会稀罕一成不变的好代码

编程方法也一直在进化一种是组件编程（将程序的零部件组装到一起完成程序），一种是面向对象编程（先对你脑海中的东西建模，例如建一个车的模型，然后再对模型进行私人订制，称为你创造的独一无二的玛莎拉蒂）

5.计算机内部主要是IC的元件组成

只需记住三种：

CPU（中央进程处理器）：可以对数据执行运算并控制内存和I/O

内存（CPU内的数据寄存器）：看看你电脑是多少位的，32位64位86位，是由寄存器的容量和传输进CPU的数据总线的条数共同决定，前者相当于水龙头，后者相当于水管，水管是32位的，水龙头也必须是32位的

I/O（Input/Output）：接受用户设备的输入输出

除了以上，还需要若干辅助元件

晶振（是时钟发生器的主要部件）：晶体振荡器，由于晶体有压电效应，当在晶片的两面上加交变电压时，晶片会反复的机械变形而产生振动，而这种机械振动又会反过来产生交变电压，晶振产生振荡必须附加外部时钟电路,一般是一个放大反馈电路,只有一片晶振是不能实现震荡的.晶振为了辅助CPU的运转速度，会根据自身通电后振动的频率产生时钟信号频率用来衡量CPU的运转速度

IC的引脚：所谓的引脚就是IC边缘裸露出的像腿一样的部分，按照逆时针方向依次带有一个从1开始递增的序号

6. 比特是作为信息的收发单位

通常将1个二进制数称为1比特。将8个二进制数称为1字节

比特是信息的最小单位，字节是信息的基本单位

例如32位的计算机就是一32比特为一个单位收发信息的

7. 连接电源、地址总线和数据总线：

首先连接电源

为了指定输入输出数据时的源头或目的地（存取数据的地址），CPU上备有“地址总线引脚”，例如引脚有16个，用代号A0~A15表示，其中A表示Address（地址），后面的0~15表示一个16位二进制数中各数字的位置，0对应最后一位，15对应第一位，用而二进制表示就是0000000000000000~1111111111111111，所能提供的65536个数据存取单元（内存存储单元或者I/O地址），进行信息的输入输出。

一旦指定了存取数据的地址，就可以使用“数据总线引脚”进行数据的输入输出了，数据总线引脚和地址总线引脚类似，用代号D0~D15表示。

8.连接I/O：

下面开始连接I/O，大家知道寄存器这个词吗？寄存器是位于CPU和I/O中的“数据存储器”，速度很快，和CPU直接交互，假设一个并行PIO设备上有4个寄存器，2个是用于PIO本身的功能，2个是用于存储与外部设备进行输入输出的数据

9.连接时钟信号：

将CPU的CLK（Clock时钟）引脚、PIO的CLK引脚分别与时钟发生器的引脚相连，在时钟发生器的作用下，它们随着滴答滴答的时钟同步做动作，然后连上其它的引脚（这里简单带过）

10.CPU工作原理：

CPU 在时钟信号的控制下解释、执行内存中存储的程序，按照程序中的指令从内存或 I/O 中把数据输入到 CPU 中，在 CPU 内部进行运算，再把运算结果输出到内存或 I/O 中

11.机器语言和汇编语言

机器语言就是0和1的各种组合，不同种类的CPU对各种组合的解析也不同，例如man有的人理解为“男人”，有的人理解为“慢”

汇编语言就是把操作码（指令）和操作数（指令的对象）并排写在一行上，仅此而已

标签的作用是为该行代码对应的内存地址起一个名字。

编程时如果总要考虑“这一行的内存地址是什么来着？”就会很不方便，所以在汇编语言中用标签来代替地址。用汇编语言编程时可以在任何需要标签的地方“贴上”名称任意的标签，如图，使用了名称“LOOP:”的标签

操作码就是助记符，用来告诉计算机“做什么”的指令，汇编语言中提供多少种助记符，CPU就有多少种功能

操作数就是指令执行的对象

汇编语言和英语的祈使句很像，可以看成是英语的祈使句中开头放置了一个表示“做什么”的动词，动词后面放一个宾语表示“作用到什么上”动词就相当于操作码，宾语就相当于操作数，程序的作用是向CPU发出指令。

12.寄存器的结构：

I/O寄存器只能作为临时存放周边设备进行输入输出的数据

CPU的的寄存器不仅能存储数据，还具备对数据进行运算的能力

举个栗子：以下是Z80的CPU所带有的寄存器ABCD等字母是寄存器的名字

举例来说：

A 寄存器也叫作“累加器”，是运算的核心。所以连接到它上面的导线也一定会比其他寄存器的多。

F 寄存器也叫作“标志寄存器”，用于存储运算结果的状态，比如是否发生了进位，数字大小的比较结果等。

PC 寄存器也叫作“程序指针”，存储着指向 CPU 接下来要执行的指令的地址。

PC 寄存器的值会随着滴答滴答的时钟信号自动更新，可以说程序就是依靠不断变化的 PC 寄存器的值运行起来的。

SP 寄存器也叫作“栈顶指针”，用于在内存中创建出一块称为“栈”的临时数据存储区域

CPU 中有各种各样的各司其职的寄存器。其中有一个被称为 PC （Program Counter，程序计数器）的寄存器，负责存储内存地址，该地址指向下一条即将执行的指令。每解释执行完一条指令，PC 寄存器的值就会自动被更新为下一条指令的地址。

13.程序像河水一样流动着：

顺序执行是按照指令记录在内存中的先后顺序依次执行的一种流程。而循环则是在程序的特定范围内反复执行若干次的一种流程。条件分支是根据若干个条件的成立与否，在程序的流程中产生若干个分支的一种流程。无论规模多么大多么复杂的程序，都是通过把以上三种流程组合起来实现的

程序的三种流程正像是河流本身。从高山的泉眼中涌出的清泉形成了河流的源头（程序执行的起点）。水流从山中缓缓流下，有时向着 63 4.1　程序的流程分为三种一个方向流淌（顺序执行），有时中途分出了支流（条件分支），还有时由于地势卷起了漩涡（循环）

这就意味着我们专业的程序员在编写程序之前，会通过画流程图来思考程序的流程

下面是剪刀石头布的程序流程图

思考算法时的要点是要分两步走，先从整体上考虑程序的粗略流程，再考虑程序各个部分细节的流程

用户是怎样使用程序的呢？首先，用户启动了程序（程序执行初始化处理）。接下来用户根据自己的需求操作程序（程序进入循环处理阶段）。最后用户关闭了程序（程序执行收尾处理）。这样的使用方法就可以直接作为程序的整体流程。

特殊的程序流程——中断处理：

中断处理是指计算机使程序的流程突然跳转到程序中的特定地方，这样的地方被称为中断处理例程（Routine）或是中断处理程序（Handler），而这种跳转是通过 CPU 所具备的硬件功能实现的

在CPU中有特定的中断引脚，可以接受从I/O设备发出的中断请求信号，中断处理以从硬件发出的请求为条件，使程序的流程产生分支，因此可以说它是一种特殊的条件分支

编写的程序中并不需要编写有关中断处理的代码。

因为处理中断请求的程序，或是内置于被烧录在计算机 ROM 中的 BIOS 系统（Basic Input Output System，基本输入输出系统）中，或是内置于 Windows 等操作系统中。只需要先记住以下两点即可：计算机具有硬件上处理中断的能力；中断一词的英文是 Interrupt。

特殊的程序流程——事件驱动

程序员们经常用事件驱动的方式编写那些工作在 GUI（Graphical User Inteface，图形用户界面）环境中的应用程序

通常把用户在应用程序中点击鼠标或者敲击键盘这样的操作称作 “事件”（Event）。负责检测事件的是 Windows。Windows 通过调用应用程序的 WndProc() 函数通知应用程序事件的发生。而应用程序则根据事件的类型做出相应的处理。这种机制就是事件驱动。可以说事件驱动也是一种特殊的条件分支，它以从 Windows 送来的通知为条件，根据通知的内容决定程序下一步的流程

事件驱动的“状态转化图”

的计算器应用程序就可以看作包含三个状态：“显示计算结果”“显示第一个输入的数”以及“显示第二个输入的数”。随着用户按下不同种类的按键，状态也会发生转变。在状态转化图中，在矩形中写上状态的名称，用箭头表示状态转化的方向，并且在箭头上标注引起状态转化的原因（事件）

程序的流程还是只有顺序执行、条件分支和循环这三种，这一点是没有改变的。

其中的顺序执行是最基本的程序流程，这是因为 CPU 中的 PC 寄存器的值会自动更新。条件分支和循环，在高级语言中用程序块表示，在机器语言和汇编语言中用跳转指令表示，在硬件上是通过把 PC 寄存器的值设为要跳转到的目的地的内存地址来实现

未完，看书